WO1991010050A1 - Antriebsvorrichtung für mechanisch angetriebenen lader für verbrennungsmotoren - Google Patents

Antriebsvorrichtung für mechanisch angetriebenen lader für verbrennungsmotoren Download PDF

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WO1991010050A1
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drive device
speed
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Reimund Raue
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Zahnradfabrik Friedrichshafen Ag
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B39/00—Component parts, details, or accessories relating to, driven charging or scavenging pumps, not provided for in groups F02B33/00 - F02B37/00
    • F02B39/02—Drives of pumps; Varying pump drive gear ratio
    • F02B39/12—Drives characterised by use of couplings or clutches therein

Definitions

  • the invention relates to a drive device, in particular for motor vehicles, with a
  • Combustion engine and a compressor which can be driven via a speed variator and a separating clutch, which is switched on when a control element is reached by actuating the separating clutch in the closing direction and thus switched to charging mode.
  • the present invention has for its object to improve a drive device according to the generic term so that in particular a deceleration-free acceleration of a motor vehicle is possible.
  • the invention proposes the changeover position, in which the compressor is switched on by actuating the separating clutch in the closing direction, from the speed or the speed of the change in position per unit time of the control element, for. B. an accelerator to make dependent.
  • the changeover position is thus determined by the speed or the acceleration of the control element.
  • the specified conditions include a specific opening angle of the throttle valve and a specific speed or acceleration value of the control element. If these values are below the specified values, the internal combustion engine is not switched over to charging operation or it is switched back to intake operation.
  • the opening angle of the throttle valve can be, for example, approximately 50 percent, while at the same time there is no actuation of the control element or actuation of the control element with only a relatively slight acceleration.
  • the separating clutch is not actuated in the closing direction when a predetermined opening angle of the throttle valve is exceeded.
  • This range extends up to the maximum opening angle of the throttle valve.
  • a closed disconnect clutch is also opened within this area.
  • the predetermined opening angle of the throttle valve can be approximately 80 percent, so that no jjade operation is possible in the range up to the maximum opening angle.
  • an electronic control unit is used to actuate the throttle valve and the separating clutch, it is further proposed according to the invention to provide a programmable memory for specifying parameters such as the opening angle of the throttle valve and at least one acceleration value of the control element.
  • An intake line 1 leads to a mixture distributor 2 of a four-cylinder internal combustion engine 3.
  • the internal combustion engine 3 is an Otto engine. In principle, however, the arrangement according to the invention can also be implemented in a diesel engine.
  • An exhaust gas collector 4 is assigned to the internal combustion engine 3.
  • An output shaft 5 is in driving connection with a gear, not shown.
  • a drive shaft 6 of a speed variator 7 is located on the opposite side of the internal combustion engine.
  • a primary pulley 8 of the speed variator 7 drives a secondary pulley 10 via a belt 9.
  • Separating clutch 11 is a rotationally fixed connection between the secondary disc 10 and an input shaft 12 of a high-speed planetary gear 13.
  • a sun gear shaft 14 serves to drive a centrifugal compressor 15, which lies within the suction line 1.
  • the secondary disc 10 rotates faster than the primary disc 8, namely in a ratio of 2: 1. At maximum speed of the
  • the gear ratio usually reaches the value of 1: 0.8. Since the output speed of the secondary disk 10 is insufficient for the operation of the centrifugal compressor 15, the high-speed planetary gear has a gear ratio of 1:15.
  • a carburetor 16 with a suction opening 17.
  • a throttle valve 18 can be actuated from its closed position up to a maximum opening angle with the aid of a servomotor 19.
  • An air filter 20 forms the input of the intake line 1.
  • the servomotor 19 for actuating the throttle valve 18 is connected to an electronic control unit 22 via signal lines 21.
  • Another signal line 23 leads from a control element 24 - in the exemplary embodiment shown, this is an accelerator pedal - to the electronic control unit 22.
  • the control element 24 is connected to an acceleration sensor 25, with. which detects the speed of the change in position per unit time of the control element 24 and can be communicated to the electronic control unit 22 via the signal line 23.
  • a signal line 26 leads from the control unit 22 to the electromagnetic clutch 11.
  • the separating clutch 11 is actuated to drive the centrifugal compressor 15 when one is reached
  • Changeover position U of the control element 24 When the changeover position is reached, the system switches from suction to charging mode.
  • An essential feature of the arrangement according to the invention can be seen in the fact that no defined path of the control element 24 has to be covered until the changeover position is reached.
  • the changeover position U is rather dependent on the speed of the change in position per unit time of the control element 24.
  • This acceleration value is from Accelerometer 25 detects and communicated to the electronic control unit 22. If the control element 24 is actuated accelerated, the separating clutch 11 is closed practically without delay, so that the centrifugal compressor is switched on immediately. An acceleration process is thus practically possible without delay.
  • the position of the control member 24 is indicated, which corresponds to a small to medium opening angle of the throttle valve 18. This value can be, for example, 50 percent of the maximum opening angle.
  • the separating clutch 11 is not closed or the closed separating clutch 11 is opened when the opening angle of the throttle valve 18 and the acceleration of the control element 24 are below predetermined values in the sense of accelerating.
  • the electronic control unit 22 is equipped with a programmable memory. Here, certain opening angles of the throttle valve 18 can be specified.
  • the memory contains at least one speed of the change in position per unit time (acceleration value) of the control element 24.
  • Another solution according to the invention provides for the speed of the change in position, ie the distance covered per unit of time of the control element 24, to be recorded. Instead of an acceleration sensor 25, a measuring device for the speed of the control element must then be provided.
  • a diesel engine can be used instead of an OTTO engine.
  • the control member 24 is then an accelerator pedal, and the throttle valve 18 is replaced by the device for controlling the delivery rate of the injection pump.
  • the compressor is not tied to any particular design. Instead of a centrifugal compressor, a Roots blower or a G-charger can be used, for example. Switching off the compressor in the course of switching from charging to suction operation does not occur suddenly in practical operation. The transition has hysteresis characteristics.

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Abstract

Bei einer Antriebsvorrichtung mit einem Verbrennungsmotor (3) kann auf Ladebetrieb umgeschaltet werden. Ein Kreiselverdichter (15) ist über eine Trennkupplung (11) bei Erreichen einer Umschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) zuschaltbar. Die Umschaltstellung (U) ist von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig. Bei Beschleunigungsvorgängen ist somit ein verzögerungsfreies Zuschalten des Kreiselverdichters (15) möglich.

Description

Antriebsvorrichtung "für mechanisch angetriebenen Lader für Verbrennungsmotoren.
Die Erfindung betrifft eine Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem
Verbrennungsmotor und einem über einen Drehzahlvariator und eine Trennkupplung antreibbaren Verdichter, der bei Erreichen einer Umschaltstellung eines Steuerglieds durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird.
Es ist allgemein bekannt, daß das von einem Verbrennungsmotor, z. B. einem Otto-Motor, erzeugte Drehmoment bei einer bestimmten Motordrehzahl ein Maximum aufweist. Dieses Drehmoment fällt sowohl bei niedrigeren als auch höheren Drehzahlen ab. Diese Drehzahl-Drehmoment- Kennlinie hat zur Folge, daß im unteren Drehzahlbereich die Beschleunigung eines Kraftfahrzeugs zu wünschen übrig läßt. Durch die Aufladung eines Verbrennungsmotors läßt sich der Drehmomentverlauf so beeinflussen, daß ohne
Hubraumvergrößerung des Verbrennungsmotors eine höhere Leistung erzielt werden kann.
Es ist bekannt, den Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs mit einem Kreiselverdichter aufzuladen, der von der Motorwelle über einen Drehzahlvariator mit einem Keilriemen und geteilten Riemenscheiben angetrieben wird (Prospekt: "Mechanischer Kreisellader MKL" der Zahnradfabrik Friedrichshafen AG, Impressum F5/21 GF 872008) .
Es ist ferner bekannt, einen Kreiselverdichter mittels einer Trennkupplung in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerglieds, z. B. eines Gaspedals, zu- oder abzuschalten (EP-Bl-0198312) . Bei dieser Antriebsvorrichtung wird die Stellung einer Drosselklappe in der Ansaugleitung in Abhängigkeit des zurückgelegten Weges des Steuerglieds verändert, wobei gleichzeitig die Trennkupplung betätigt wird. Beim Beschleunigungsvorgang eines Kraftfahrzeugs kommt es bei dieser Anordnung zu unerwünschten Verzögerungen, da die Umschaltstellung erst nach Zurücklegen einer bestimmten Wegstrecke des Steuerglieds erreicht wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine AntriebsVorrichtung nach dem Gattungsbegriff so zu verbessern, daß insbesondere ein verzögerungsfreies Beschleunigen eines Kraftfahrzeugs möglich ist.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung vor, die Umschaltstellung, bei der der Verdichter durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne zugeschaltet wird, von der Geschwindigkeit oder der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds, z. B. eines Gaspedals, abhängig zu machen. Die Umschaltstellung wird somit durch die Geschwindigkeit oder die Beschleunigung des Steuerglieds bestimmt. Dies hat in erster Linie den Vorteil, daß der Kreiselverdichter durch Betätigen der Trennkupplung im Schließsinne unverzüglich zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgestellt wird, wenn das Steuerglied beschleunigt betätigt wird. Im Gegensatz zu einer rein wegeabhängigen Bestimmung der Umschaltstellung werden mit der erfindungsgemäßen Lösung unerwünschte Verzögerungen beim Beschleunigungsvorgang eliminiert.
Bei einem Otto-Motor mit einer Drosselklappe, deren Stellung den wirksamen Querschnitt einer Ansaugleitung bestimmt, ist es vorteilhaft, die Trennkupplung so zu betätigen, daß bei gleichzeitigem Vorliegen bestimmter
Bedingungen die Trennkupplung nicht geschlossen bzw. die geschlossene Trennkupplung geöffnet wird. Zu den genannten Bedingungen zählt ein bestimmter Öffnungswinkel der Drosselklappe und ein bestimmter Geschwindigkeits- oder Beschleunigungswert des Steuerglieds. Liegen diese Werte unterhalb vorgegebener Werte, so wird der Verbrennungsmotor nicht auf Ladebetrieb umgeschaltet bzw. es wird auf Ansaugbetrieb zurückgeschaltet. Der Öffnungswinkel der Drosselklappe kann hier beispielsweise bei ca. 50 Prozent liegen, während gleichzeitig keine Betätigung des Steuerglieds oder eine Betätigung des Steuerglieds mit einer nur relativ geringen Beschleunigung erfolgt.
Nach einem weiteren erfindungsgemäßen Merkmal wird die Trennkupplung bei überschreiten eines vorgegebenen Öffnungswinkels der Drosselklappe nicht im Schließsinne betätigt. Dieser Bereich erstreckt sich bis zum maximalen Öffnungswinkel der Drosselklappe. Ebenso wird innerhalb dieses Bereichs eine geschlossene Trennkupplung geöffnet. Der vorgegebene Öffnungswinkel der Drosselklappe kann bei ca. 80 Prozent, liegen, so daß im Bereich bis zum maximalen Öffnungswinkel kein Jjadebetrieb möglich ist.
Sofern ein elektronisches Steuergerät zur Betätigung der Drosselklappe und der Trennkupplung eingesetzt wird, wird erfindungsgemäß weiter vorgeschlagen, einen programmierbaren Speicher zur Vorgabe von Parametern, wie Öffnungswinkel der Drosselklappe, und zumindest einen Beschleunigungswert des Steuerglieds vorzusehen.
Weitere wesentliche Merkmale und die daraus resultierenden Vorteile sind der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu entnehmen. Eine Ansaugleitung 1 führt zu einem Gemischverteiler 2 eines vierzylindrigen Verbrennungsmotors 3. Bei dem Verbrennungsmotor 3 handelt es sich um einen Otto-Motor. Die erfindungsgemäße Anordnung kann jedoch prinzipiell auch bei einem Diesel-Motor verwirklicht werden. Dem Verbrennungsmotor 3 ist ein AbgasSammler 4 zugeordnet.
Eine Abtriebswelle 5 steht mit einem selbst nicht dargestellten Getriebe in treibender Verbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite des Verbrennungsmotors befindet sich eine Antriebswelle 6 eines Drehzahlvariators 7. Eine Primärscheibe 8 des Drehzahlvariators 7 treibt über einen Riemen 9 eine SekundärScheibe 10 an.
Durch Betätigen einer elektromagnetischen
Trennkupplung 11 wird eine drehfeste Verbindung zwischen der Sekundärscheibe 10 und einer Eingangswelle 12 eines Hochtreiber-Planetengetriebes 13 hergestellt. Eine Sonnenradwelle 14 dient zum Antrieb eines Kreiselverdichters 15, der innerhalb der Saugleitung 1 liegt.
Bei Leerlauf und bei niedrigen Motordrehzahlen dreht die Sekundärscheibe 10 schneller als die Primärεcheibe 8, und zwar im Verhältnis 2:1. Bei maximaler Drehzahl des
Verbrennungsmotors 3 erreicht das Übersetzungsverhältnis in der Regel den Wert von 1:0,8. Da die Ausgangsdrehzahl der Sekundärscheibe 10 für den Betrieb des Kreiselverdichters 15 nicht ausreicht, weist das Hochtreiber-Planetengetriebe ein Übersetzungsverhältnis von 1:15 auf.
In der Ansaugleitung 1 befindet sich ein Vergaser 16 mit einer Saugöffnung 17. Eine Drosselklappe 18 ist mit Hilfe eines Stellmotors 19 von ihrer SchließStellung bis zu einem maximalen Öffnungswinkel betätigbar. Den Eingang der Ansaugleitung 1 bildet ein Luftfilter 20.
Der Stellmotor 19 zur Betätigung der Drosselklappe 18 ist über Signalleitungen 21 an ein elektronisches Steuergerät 22 angeschlossen.
Eine weitere Signalleitung 23 führt von einem Steuerglied 24 - im dargestellten Ausführungsbeispiel ist dies ein Gaspedal - zum elektronischen Steuergerät 22. Das Steuerglied 24 steht mit einem Beschleunigungsgeber 25 in Verbindung, mit. dem die Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds 24 erfaßt und über die Signalleitung 23 dem elektronischen Steuergerät 22 mitgeteilt werden kann.
Eine Signalleitung 26 führt vom Steuergerät 22 zur elektromagnetischen Trennkupplung 11.
An das Steuergerät 22 können zusätzliche
Signalleitungen zur Erfassung weiterer Parameter angeschlossen sein.
Bei der beschriebenen Antriebsvorrichtung folgt eine Betätigung der Trennkupplung 11 zum Antrieb des Kreiselverdichters 15 bei Erreichen einer
Ümschaltstellung U des Steuerglieds 24. Mit dem Erreichen der ümschaltstellung wird von Ansaug- auf Ladebetrieb umgeschaltet. Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Anordnung ist darin zu sehen, daß keine definierte Wegstrecke des Steuerglieds 24 bis zum Erreichen der ümschaltstellung zurückgelegt werden muß. Die ümschaltstellung U ist vielmehr von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds 24 abhängig. Dieser Beschleunigungεwert wird vom Beschleunigungsgeber 25 erfaßt und dem elektronischen Steuergerät 22 mitgeteilt. Wird das Steuerglied 24 beschleunigt betätigt, wird die Trennkupplung 11 praktisch verzögerungsfrei geschlossen, so daß der Kreiselverdichter unmittelbar zugeschaltet wird. Ein Beschleunigungsvorgang ist somit praktisch verzδgerungsfrei möglich. -
Mit 27 ist die Position des Steuerglieds 24 angedeutet, die einem kleinen bis mittleren Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 entspricht. Dieser Wert kann beispielsweise bei 50 Prozent des maximalen öffnungswinkeis liegen.
Mit 28 ist die Position des Steuerglieds 24 angedeutet, bei dem der Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 ca. 80 Prozent des maximalen Öffnungswinkels ausmacht.
Die Trennkupplung 11 wird nicht geschlossen bzw. die geschlossene Trennkupplung 11 wird geöffnet, wenn der Öffnungswinkel der Drosselklappe 18 und die Beschleunigung des Steuerglieds 24 im Sinne eines Gasgebens unterhalb vorgegebener Werte liegen. Somit wird der
Verbrennungsmotor 3 im unteren Drehzahlbereich und ohne zu beschleunigen nicht im Ladebetrieb betrieben.
Bei überschreiten eines vorgegebenen Öffnungswinkels (mit der Bezugεziffer 28 bezeichnet) , bis zum Erreichen des maximalen öffnungswinkeis der Drosselklappe 18, erfolgt ebenfalls kein Ladebetrieb des Verbrennungsmotors 3.
Das elektronische Steuergerät 22 ist mit einem programmierbaren Speicher bestückt. Hier können bestimmte Ö fnungswinkel der Drosselklappe 18 vorgegeben werden. Der Speicher enthält zumindest eine Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit (Beschleunigungswert) des Steuerglieds 24. Eine weitere erfindungsgemäße Lösung sieht vor, die Geschwindigkeit der Lageveränderung, d. h. die zurückgelegte Wegstrecke pro Zeiteinheit des Steuergliedε 24, zu erfassen. Anstelle eines Beschleunigungsgeberε 25 iεt dann eine Meßeinrichtung für die Geεchwindigkeit des Steuergliedε vorzusehen.
Wie eingangs erwähnt, kann anstelle eines OTTO-Motors ein Dieselmotor Verwendung finden. Das Steuerglied 24 ist dann ein Fahrpedal, und die Drosselklappe 18 wird durch die Vorrichtung zur Fördermengensteuerung der Einspritzpumpe ersetzt.
Der Verdichter ist an keine bestimmte Bauart gebunden. Anstelle eines Kreiselverdichters kann beispielsweise ein Roots-Gebläse oder ein G-Lader eingesetzt werden. Daε Abschalten des Verdichters im Zuge der Umschaltung vom Lade- auf den Ansaugbetrieb erfolgt im praktischen Betrieb nicht schlagartig. Der Übergang hat Hysterese- Charakteristik.
Bezu szeichen
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Claims

A n s r ü c h e
1. Antriebsvorrichtung, insbeεondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem über einen Drehzahlvariator (7) und eine Trennkupplung (11) antreibbaren Verdichter (15) , der bei Erreichen einer ümschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) durch Betätigen der Trennkupplung (11) im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die ümschaltstellung (U) von der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig ist.
2. Antriebεvorrichtung mit einer Droεεelklappe (18) , mit der der wirksame Querschnitt einer Anεaugleitung (1) in Abhängigkeit der Stellung des Steuerglieds (24) verändert wird, nach Anspruch 1 oder 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trennkupplung (11) bei gleichzeitigem Vorliegen folgender Bedingungen nicht im Schließsinne betätigbar ist bzw. die geεchlosεene Trennkupplung (11) geöffnet wird: a) der öffnungεwinkel der Droεεelklappe (18) und b) die Geschwindigkeit oder die Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) liegen unterhalb vorgegebener Werte.
3. Antriebεvorrichtung nach den Ansprüchen 1 , 2 oder 1, 6 , dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Trennkupplung (11) bei überschreiten eines vorgegebenen öffnungswinkelε biε zum Erreichen deε maximalen öffnungswinkels der Drosselklappe (18) nicht im Schließsinne betätigbar ist bzw. die geschlossene Trennkupplung (11) geöffnet wird. _o
4. Antriebsvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß der vorgegebene Öffnungswinkel ca. 80 Prozent des maximalen Öffnungswinkels der Drosselklappe (18) beträgt.
5. Antriebsvorrichtung mit einem elektronischen Steuergerät (22) zur Betätigung der Drosselklappe (18) und der Trennkupplung (11) in Abhängigkeit von der Stellung eines Steuerglieds (24) , nach den Ansprüchen 1 bis 4 und 6, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß das
Steuergerät (22) einen programmierbaren Speicher (EEPROM) zur Speicherung von Öffnungswinkeln der Drosselklappe (18) und zumindest einer Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit deε Steuerglieds (24) aufweist.
6. Antriebsvorrichtung, insbesondere für Kraftfahrzeuge, mit einem Verbrennungsmotor (3) und einem über einen Drehzahlvariator (7) und eine Trennkupplung (11) antreibbaren Verdichter (15) , der bei Erreichen einer Umschaltstellung (U) eines Steuerglieds (24) durch Betätigen der Trennkupplung (11) im Schließsinne zugeschaltet und somit auf Ladebetrieb umgeschaltet wird, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , daß die Umschaltεtellung (U) von der Geschwindigkeit der Lageveränderung pro Zeiteinheit des Steuerglieds (24) abhängig ist.
PCT/EP1990/002235 1989-12-23 1990-12-19 Antriebsvorrichtung für mechanisch angetriebenen lader für verbrennungsmotoren WO1991010050A1 (de)

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DEP3942820.6 1989-12-23

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